JP4882787B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の運転状態に応じた点火時期にて燃焼室内の混合ガスを点火して燃焼させる点火手段と、前記混合ガスに含まれる既燃ガスの量を制御する既燃ガス量制御手段と、を備えた内燃機関の制御装置に関する。

従来より、筒内圧検出手段により検出される筒内圧（燃焼室内の圧力）に基づいて燃焼割合ＭＦＢ（Mass Fraction Burned）を算出し、所定のクランク角度における燃焼割合ＭＦＢが目標燃焼割合と一致するように点火時期（燃焼開始時期）を制御する内燃機関の制御装置が知られている。このような装置の一つは、例えば、圧縮上死点後のクランク角度８°における燃焼割合ＭＦＢ８が５０％になるように点火時期ＳＡを制御するようになっている。これにより、内燃機関の個体差がある場合でも、各機関に対して適切な点火時期が設定される。従って、燃焼効率が改善され、内燃機関の出力トルクを増大させることができる（例えば、特許文献１を参照）。

ここで、燃焼割合ＭＦＢは図示熱量の割合と実質的に等価な値である。図示熱量の割合は、一回の燃焼行程に関して、「燃焼室において燃焼した総ての燃料によって発生した熱のうちピストンに対する仕事に変換された熱の総量Ｑtotalに対する、所定のタイミングまでに同燃焼室において燃焼した燃料によって発生した熱のうちピストンに対する仕事に変換された熱の積算量Ｑsumの割合Ｑsum／Ｑtotal」と定義される。燃焼割合ＭＦＢは、「燃焼室において燃焼した総ての燃料のうちピストンに対する仕事に寄与した燃料の総量に対する、所定のタイミングまでに同燃焼室において燃焼した燃料のうちピストンに対する仕事に寄与した燃料の積算量の割合」と定義される。
特開２００６−１４４６４５号公報

一方、吸気弁及び／又は排気弁の開弁時期及び閉弁時期を制御することができる可変バルブタイミング装置（ＶＶＴ）を備えた内燃機関が広く知られている。可変バルブタイミング装置の一つは、吸気弁の開弁時期を進角又は遅角することにより、吸気弁と排気弁とが共に開状態に維持される期間（以下、「バルブオーバーラップ期間」又は「オーバーラップ期間」と称呼する。）を制御する。

一般に、オーバーラップ期間が長くなると、燃焼室から吸気ポートに排出され且つその後に燃焼室に再び吸入される既燃ガス（「内部ＥＧＲガス」又は「自己ＥＧＲガス」とも称呼される。）の量が増大する。換言すると、可変バルブタイミング装置は、既燃ガス量制御装置として機能する。

この可変バルブタイミング装置や外部ＥＧＲ装置等の既燃ガス量制御装置により既燃ガス量が増大させられると、燃焼速度が低下する。即ち、図１５に示したように、燃焼室において燃焼した燃料が発生した熱のうちピストンに対する仕事に寄与した熱の量（図示発生熱量）の増加割合は、既燃ガス量が相対的に多い場合（図１５の実線により示した曲線の傾き）の方が既燃ガス量が相対的に少ない場合（図１５の破線により示した曲線の傾き）よりも小さくなる。即ち、既燃ガス量が多くなるほど燃焼速度が低下する。その結果、燃焼温度が低下するから、ＮＯｘの排出量が低下する。

更に、既燃ガス量が多くなるほど燃焼が緩慢に進むので燃焼期間が長くなる。従って、より多くの燃料を燃焼させることができる。即ち、図１５の期間Ｔ１は期間Ｔ２よりも長くなり、燃焼した燃料の総量に対応する総熱量Ｑtotal1は総熱量Ｑtotal2よりも大きくなる。この結果、既燃ガス量が多いほどＨＣ及びＣＯの排出量は低下する。ところが、既燃ガス量が過大となると燃焼が不安定となる。この結果、ＨＣ及びＣＯが増加する。

以上のことから、発明者は、混合ガスに含まれる既燃ガス量をＨＣ及びＣＯ等が増加しない範囲内において極力多く設定することができれば、ＨＣ及びＣＯの増加を招くことなくＮＯｘの排出量を低減することができるとの知見を得た。更に、既燃ガス量の調整をオーバーラップ期間の変更によって行う場合、既燃ガス量をＨＣ及びＣＯ等が増加しない範囲内において極力多く設定することができれば、ＨＣ及びＣＯの増加を招くことなくポンピングロスを低減することができるとの知見も得た。

そこで、発明者は、圧縮上死点から圧縮上死点後１５°（ＡＴＤＣ １５°）までの期間における燃焼割合の変化量（即ち、燃焼速度）がＨＣ及びＣＯの増加を招かない範囲において出来るだけ小さな所定値に一致するように既燃ガス量を制御すること（オーバーラップ期間を制御すること）を提案した。これによれば、燃焼が不安定になることによりＨＣ及びＣＯの排出量が増大することを回避しながら、ＮＯｘの排出量を低減することができる。なお、本明細書において、圧縮上死点後のクランク角度Ｘ°を「ＡＴＤＣ Ｘ°、又は、ＡＴＤＣＸ」と表記し、圧縮上死点前のクランク角度Ｙ°を「ＢＴＤＣ Ｙ°、又は、ＢＴＤＣＹ」と表記する。

しかしながら、発明者は更に検討を重ねた結果、圧縮上死点からＡＴＤＣ １５°までの期間における燃焼割合の変化量を前記所定値に維持するように既燃ガス量（オーバーラップ期間）を制御した場合であっても、点火時期が変化するとＨＣ及びＣＯの排出量が変動する場合があることを見出した。

より具体的に説明すると、圧縮上死点からＡＴＤＣ １５°までの期間における燃焼割合の変化量を所定値に維持するということは、点火後において燃焼が実質的に開始してから終了するまでの期間（以下、「実質燃焼期間ＣＰａ」と称呼する。）を所定の大きさのクランク角度に維持すること、換言すると、燃焼速度を所定の速度に維持することを意味する。

そこで、発明者は、点火時期を変化させながら、可変バルブタイミング装置による吸気弁開弁時期の進角量（以下、「ＶＶＴ進角量」と称呼する。）に対するＣＯ_２及びＨＣの排出量並びに実質燃焼期間ＣＰａを測定した。ＶＶＴ進角量は、排気弁の開弁時期及び閉弁時期を一定とした場合での、吸気弁開弁時期が最も遅角側に設定されている場合を基準とした吸気弁開弁時期の進角量である。従って、前述したように、ＶＶＴ進角量が大きいほどオーバーラップ期間が長くなり、既燃ガス量は増大する。図３は、この測定の結果を示すグラフである。

この測定において、実質燃焼期間ＣＰａは、図１６に示したように、クランク角度ＣＡｓからクランク角度ＣＡｅまでの期間とした。クランク角度ＣＡｓは、燃焼開始後の所定のクランク角度幅（例えば、クランク角度幅１５°）における燃焼割合の変化量の最大値を求め、その最大値が得られた点を通り且つ傾きがその最大値である直線Ｌextにより燃焼割合の変化を外挿した場合において、直線Ｌextが燃焼割合０％と交わる点Ｐｓに対応するクランク角度である。クランク角度ＣＡｅは、直線Ｌextが燃焼割合１００％と交わる点Ｐｅに対応するに対応するクランク角度である。燃焼割合１００％に相当する燃料量は、吸気弁閉弁後からＡＴＤＣ ６０°までに燃焼室において燃焼した総ての燃料のうちピストンに対する仕事に寄与した燃料の総量である。更に、図３に結果を示した測定において、点火時期は圧縮上死点後のクランク角度８°における燃焼割合ＭＦＢ８が、２０、３０、４０及び５０％となるように変化させられた。図３において、ＣＯ_２が減少することはＣＯが増大することを表す。

図３から理解されるように、ＨＣ及びＣＯが増大しない範囲でＶＶＴ進角量を最大にしようとした場合（図３における領域Ａを参照。）、実質燃焼期間ＣＰａは点火時期が変化すると領域Ｂに示したように変化する。換言すると、ある点火時期にて点火が行われている状態において実質燃焼期間ＣＰａを最適な目標燃焼期間に一致させるようにＶＶＴ進角量をフィードバック制御すれば、その点火時期において既燃ガス量は適切な量に制御され得る。ところが、点火時期が変化した場合にはＶＶＴ進角量が過大となってしまうのでＨＣ及びＣＯの排出量が増大するか、又は、ＶＶＴ進角量が過小となってしまうので図示しないＮＯｘの排出量が増大する場合が生じる。

以上から、本発明の目的は、点火時期が変化した場合であっても、既燃ガス量を適切に制御することができ、その結果、ＨＣ及びＣＯの排出量を増大させることなくＮＯｘの排出量を低減することができる内燃機関の制御装置を提供することにある。

上記目的を達成する本発明による内燃機関の制御装置は、
内燃機関の燃焼室内の圧力である筒内圧を検出する筒内圧検出手段と、
前記検出された筒内圧に基いて、前記燃焼室において燃焼した総ての燃料のうちピストンに対する仕事に寄与した燃料の総量に対する、所定のタイミングまでに同燃焼室において燃焼した燃料のうちピストンに対する仕事に寄与した燃料の積算量の割合である燃焼割合を取得する手段と、
前記取得された燃焼割合が所定の目標燃焼割合に一致するように前記機関の点火時期を制御するとともに同制御された点火時期にて同機関の燃焼室内の混合ガスを点火する点火手段と、
前記点火時期から前記燃焼室内の混合ガスの燃焼が終了する燃焼終了時期までの期間である全燃焼対応期間を前記点火時期と前記取得された燃焼割合とに基いて推定する全燃焼対応期間推定手段と、
前記推定された全燃焼対応期間が目標全燃焼対応期間と一致するように前記混合ガスに含まれる既燃ガスの量を制御する既燃ガス量制御手段と、
を備える。

図２及び図１６に示したように、前記全燃焼対応期間推定手段が推定する全燃焼対応期間ＣＰは、点火時期ＳＡから燃焼室内の混合ガスの燃焼が実質的に終了する燃焼終了時期ＣＡｅまでの期間である。この全燃焼対応期間ＣＰは、図３に示したように、ＶＶＴ進角量（即ち、オーバーラップ期間）が一定に維持されることにより既燃ガス量が一定に維持されれば、点火時期が変化しても殆ど変化しない。従って、上記構成のように、全燃焼対応期間ＣＰが所定の目標全燃焼対応期間と一致するように既燃ガス量を制御すれば、点火時期に関わらず既燃ガス量を適切な量に制御することが可能となる。この結果、本発明による制御装置は、ＨＣ及びＣＯの排出量の増大を招くことなく、且つ、ＮＯｘの排出量を低減することができる。

この場合、前記既燃ガス量制御手段は、吸気弁及び排気弁が共に開弁しているオーバーラップ期間を変更するように構成されることが好適である。更に、前記既燃ガス量制御手段は、少なくとも前記機関の吸気弁の開弁タイミングを変更することにより前記オーバーラップ期間を変更するように構成されることが望ましい。

これらによれば、オーバーラップ期間を、ＨＣ及びＣＯの排出量の増大を招かない範囲であって出来るだけ長い期間に容易に制御することができる。従って、ＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘの増大を回避しながら、ポンピングロスを低減することができる。その結果、機関の燃費を改善することができる。

更に、
前記全燃焼対応期間推定手段は、前記全燃焼対応期間をクランク角度幅により表すように推定するとともに、
前記既燃ガス量制御手段は、
前記推定されたクランク角度幅により表された全燃焼対応期間が前記目標全燃焼対応期間として予め定められた目標クランク角度幅と一致するように前記既燃ガスの量をフィードバック制御することが好適である。

先に説明した図３に示したように、クランク角度幅によって表された全燃焼対応期間ＣＰ（クランク角度を単位として表された全燃焼対応期間）は、点火時期に依存することなく既燃ガス量に対応するＶＶＴ進角量と一定の関係を維持する。従って、上記構成のように、全燃焼対応期間を予めクランク角度幅によって表し、その全燃焼対応期間が目標全燃焼対応期間として予め定められた目標クランク角度幅と一致するように既燃ガスの量を制御（フィードバック制御）すれば、点火時期に関わらずオーバーラップ期間を適切な期間に容易に設定することができる。

また、本発明による制御装置は、
前記燃焼室内の圧力である筒内圧を検出する筒内圧検出手段を備え、
前記全燃焼対応期間推定手段は、
前記検出された筒内圧に基づいて前記燃焼終了時期を推定するように構成されることが好適である。

より具体的には、前記全燃焼対応期間推定手段は、
前記燃焼室において燃焼した総ての燃料によって発生した熱のうちピストンに対する仕事に変換された熱の総量Ｑtotalに対する、所定のタイミングまでに同燃焼室において燃焼した燃料によって発生した熱のうちピストンに対する仕事に変換された熱の積算量Ｑsumの割合Ｑsum／Ｑtotalに相当する図示熱量の割合を、前記検出された筒内圧に基づいて推定するとともに、同図示熱量の割合Ｑsum／Ｑtotalの所定クランク角度幅における変化量の最大値を求め、同最大値に基いて前記燃焼終了時期を推定するように構成され得る。

これによれば、より簡便な手法により燃焼終了時期を推定することができる。

一方、前記全燃焼対応期間推定手段は、
前記図示熱量の割合Ｑsum／Ｑtotalとして、前記燃焼室において燃焼した総ての燃料のうちピストンに対する仕事に寄与した燃料の総量に対する、所定のタイミングまでに同燃焼室において燃焼した燃料のうちピストンに対する仕事に寄与した燃料の積算量の割合である燃焼割合ＭＦＢをクランク角度に対応させて取得するように構成されることができる。

図示熱量の割合Ｑsum／Ｑtotalは燃焼割合ＭＦＢと実質的に等価であり、燃焼割合ＭＦＢは筒内圧を用いて求めることができるので、上記構成により、より簡易な方法で全燃焼対応期間を推定することができる。

更に、前記全燃焼対応期間推定手段は、
前記燃料の燃焼速度に影響を与えるパラメータを取得する手段と、
前記取得されたパラメータに基いて前記全燃焼対応期間を修正する修正手段と、を備えることが好適である。

燃焼速度は、気筒内に吸入される空気量、空燃比及びシリンダの壁温等の影響を受ける。これらの燃焼速度に影響を与えるパラメータが全燃焼対応期間に及ぼす影響は、既燃ガス量が全燃焼対応期間に及ぼす影響とは独立している。従って、既燃ガス量を全燃焼対応期間及び目標全燃焼対応期間に基いて制御するにあたり、これらパラメータが全燃焼対応期間に及ぼす影響を排除しておく必要がある。そこで、上記構成のように、燃焼速度に影響を与えるパラメータを取得し、その取得されたパラメータに基いて前記推定された前記全燃焼対応期間を修正する。これにより、上記推定される全燃焼対応期間が燃焼速度に影響を与えるパラメータに応じて変動したとしても、目標全燃焼対応期間を補正することなく既燃ガス量をより一層適切に制御することができる。

代替として、前記既燃ガス量制御手段が、
前記燃料の燃焼速度に影響を与えるパラメータを取得する手段と、
前記取得されたパラメータに基いて前記目標全燃焼対応期間を修正する目標修正手段と、
を備えていてもよい。

これによれば、燃焼速度に影響を与えるパラメータに基いて目標全燃焼対応期間が修正されるので、上記推定される全燃焼対応期間が燃焼速度に影響を与えるパラメータに応じて変動したとしても、既燃ガス量をより一層適切に制御することができる。

更に、燃焼割合を推定する上記制御装置において、
前記点火手段は、
予め定められたクランク角度における前記燃焼割合が前記機関の運転状態に応じて定まる目標燃焼割合と一致するように前記点火時期を制御する点火時期制御手段を含むことが好適である。

これによれば、点火時期の制御によって燃焼効率を高く維持しながら、既燃ガス量の制御によってＨＣ及びＣＯの増加を招くことなく、ＮＯｘ及び／又はポンピングロスを低減することができる。

以下、本発明の実施形態に係る内燃機関の制御装置について図面を参照しつつ説明する。
（構成）
図１は、本発明の実施形態に係る制御装置をピストン往復動型の火花点火式多気筒（４気筒）４サイクル内燃機関１０に適用したシステムの概略構成を示している。なお、図１は、特定の気筒の断面のみを図示しているが、他の気筒も同様な構成を備えている。

この内燃機関１０は、シリンダブロック、シリンダブロックロワーケース及びオイルパン等を含むシリンダブロック部２０と、シリンダブロック部２０の上に固定されるシリンダヘッド部３０と、シリンダブロック部２０にガソリン混合気を供給するための吸気系統４０と、シリンダブロック部２０からの排ガスを外部に放出するための排気系統５０とを含んでいる。

シリンダブロック部２０は、シリンダ２１、ピストン２２、コンロッド２３及びクランク軸２４を含んでいる。ピストン２２はシリンダ２１内を往復動し、ピストン２２の往復動がコンロッド２３を介してクランク軸２４に伝達され、これによりクランク軸２４が回転するようになっている。シリンダ２１とピストン２２のヘッドは、シリンダヘッド部３０とともに燃焼室２５を形成している。

シリンダヘッド部３０は、燃焼室２５に連通した吸気ポート３１、吸気ポート３１を開閉する吸気弁３２、吸気弁３２を開閉駆動する吸気弁制御装置３３、燃焼室２５に連通した排気ポート３４、排気ポート３４を開閉する排気弁３５、排気弁３５を駆動するエキゾーストカムシャフト３６、点火プラグ３７、点火プラグ３７に与える高電圧を発生するイグニッションコイルを含むイグナイタ３８及び燃料を吸気ポート３１内に噴射するインジェクタ（燃料噴射手段）３９を備えている。

吸気弁制御装置３３は、インテークカムシャフトとインテークカム（図示せず）との相対回転角度（位相角度）を油圧により調整・制御する周知の構成を備え、吸気弁３２の開弁時期（吸気弁開弁時期）を変更することができるようになっている。本例において、吸気弁の開弁期間（開弁クランク角度幅）は一定である。従って、吸気弁開弁時期が所定角度だけ進角又は遅角させられると、吸気弁閉弁時期も同所定角度だけ進角又は遅角させられる。また、排気弁３５の開弁時期及び閉弁時期は一定である。従って、吸気弁制御装置３３によって吸気弁開弁時期が変更されることに伴ってオーバーラップ期間が変化する。

吸気系統４０は、吸気ポート３１に連通し吸気ポート３１とともに吸気通路を形成するインテークマニホールドを含む吸気管４１、吸気管４１の端部に設けられたエアフィルタ４２、吸気管４１内にあって吸気通路の開口断面積を可変とするスロットル弁４３及びスロットル弁駆動手段を構成するＤＣモータからなるスロットル弁アクチュエータ４３ａを備えている。

排気系統５０は、排気ポート３４に連通したエキゾーストマニホールド５１、エキゾーストマニホールド５１に接続されたエキゾーストパイプ（排気管）５２、エキゾーストパイプ５２に配設された上流側の三元触媒５３及びこの触媒５３の下流のエキゾーストパイプ５２に配設された下流側の三元触媒５４を備えている。排気ポート３４、エキゾーストマニホールド５１及びエキゾーストパイプ５２は、排気通路を構成している。

一方、このシステムは、熱線式エアフローメータ６１、スロットルポジションセンサ６２、カムポジションセンサ６３、クランクポジションセンサ６４、各気筒に設けられた筒内圧センサ６５、冷却水温センサ６６、第１触媒５３の上流の排気通路に配設された空燃比センサ６７、第１触媒５３の下流であって第２触媒５４の上流の排気通路に配設された空燃比センサ６８及びアクセル開度センサ６９を備えている。

熱線式エアフローメータ６１は、吸気管４１内を流れる吸入空気の単位時間あたりの質量流量を検出し、質量流量Gaを表す信号を出力するようになっている。スロットルポジションセンサ６２は、スロットル弁４３の開度を検出し、スロットル弁開度TAを表す信号を出力するようになっている。カムポジションセンサ６３は、インテークカムシャフトが所定角度から９０度、次いで９０度、更に１８０度回転する毎に一つのパルスを出力するようになっている。この信号はＧ２信号とも称呼される。クランクポジションセンサ６４は、クランク軸２４が１０度回転する毎にパルスを出力するようになっている。クランクポジションセンサ６４から出力されるパルスはエンジン回転速度NEを表す信号に変換されるようになっている。筒内圧センサ６５は、燃焼室２５内の圧力を検出し、筒内圧Ｐｃを表す信号を出力するようになっている。

上流側空燃比センサ６７及び下流側空燃比センサ６８は、触媒５３の上下流の空燃比を検出し、その上下流の空燃比を表す信号をそれぞれ出力するようになっている。アクセル開度センサ６９は、運転者によって操作されるアクセルペダル８１の操作量を検出し、アクセルペダル８１の操作量Accpを表す信号を出力するようになっている。

電気制御装置７０は、互いにバスで接続されたＣＰＵ７１、ＣＰＵ７１が実行するルーチン（プログラム）、テーブル（ルックアップテーブル、マップ）及び定数等を予め記憶したＲＯＭ７２、ＣＰＵ７１が必要に応じてデータを一時的に格納するＲＡＭ７３、電源が投入された状態でデータを格納するとともに格納したデータを電源が遮断されている間も保持するバックアップＲＡＭ７４、並びに、ＡＤコンバータを含むインターフェース７５等からなるマイクロコンピュータである。インターフェース７５は、前記センサ６１〜６９と接続され、ＣＰＵ７１にセンサ６１〜６９からの信号を供給するようになっている。インターフェース７５は、ＣＰＵ７１の指示に応じて吸気弁制御装置３３、インジェクタ３９及びスロットル弁アクチュエータ４３ａに駆動信号を送出するとともに、イグナイタ３８に点火信号を送出するようになっている。

（制御）
次に、上記のように構成された内燃機関１０の制御装置（以下、「本装置」と称呼する。）により行われる、各種の制御内容について説明する。

＜燃焼割合ＭＦＢの推定（取得）＞
上述のように定義された燃焼割合ＭＦＢは上述のように定義された図示熱量の割合Ｑsum／Ｑtotalを表す値として推定（取得）される。燃焼割合ＭＦＢを筒内圧センサ６５によって検出された筒内圧Ｐｃから求める手法の詳細は、例えば、特開２００６−１４４６４５号公報に開示されているので、以下、その概略について述べる。

本例において、燃焼割合ＭＦＢは所定のタイミングを表すクランク角度θに対応して求められる。クランク角度θにおける燃焼割合ＭＦＢをＭＦＢθと表す。クランク角度θは圧縮上死点において０となり、圧縮上死点から圧縮上死点前に向って進角するほど絶対値が大きくなる負の値をとり、圧縮上死点から圧縮上死点後に向って遅角するほど絶対値が大きくなる正の値をとるように定義される。例えば、θ＝−θ１°（θ１＞０）であることは、クランク角度がＢＴＤＣθ１であることを示す。

クランク角度θにおける燃焼割合ＭＦＢθは、下記の（１）式により推定される。（１）式において、クランク角度θｓ（θｓ＜０）は、対象とする燃焼行程（膨張行程）に向う過程において吸気弁３２及び排気弁３５の両方が閉じた状態にあり且つ点火時期よりも十分に進角した時期（例えば、θｓ＝−６０°、即ち、ＢＴＤＣ ６０°）であり、クランク角度θｅ（θｅ＞０）は、対象とする燃焼行程における燃焼が実質的に終了する最も遅い時期よりも遅い所定の時期且つ排気弁開弁時期よりも進角した時期（例えば、θｅ＝６０°、即ち、ＡＴＤＣ ６０°）である。

この（１）式は、発生した熱のうちピストンに対する仕事に寄与した熱の積算量Ｑの変化パターンがＰｃ（θ）Ｖ（θ）^κの変化パターンと概ね一致するという知見に基いている。Ｐｃ（θ）はクランク角度θにおける筒内圧、Ｖ（θ）はクランク角度θにおける燃焼室２５の容積、κは混合ガスの比熱比（例えば、１．３２）である。なお、（１）式の分母はＭＦＢの１００％に相当する値である。

＜点火時期制御＞
点火時期ＳＡはＭＦＢ８（ＡＴＤＣ ８°における燃焼割合）が所定の目標値（例えば、５０％近傍の値）となるようにフィードバック制御される。このＭＦＢ８の目標値は、機関の燃焼効率が良く且つノッキング等によるトルク変動等が発生しないように運転状態（例えば、一回の吸気行程における筒内吸入空気量等により表される機関負荷及び／又は機関回転速度等の機関の運転状態を表すパラメータ）に応じて決定される。この結果、点火時期ＳＡは運転状態に応じて変化する。なお、点火時期ＳＡ（ＳＡ＞０）とは、点火がＢＴＤＣ ＳＡ°において行われることを意味する。

＜ＶＶＴ進角量（既燃ガス量、オーバーラップ期間）の制御）＞
本装置は、全燃焼対応期間ＣＰを点火時期ＳＡと燃焼割合ＭＦＢとから求め、その全燃焼対応期間ＣＰが所定の目標全燃焼対応期間ＣＰｔｇｔと一致するようにＶＶＴ進角量（吸気弁開弁時期）を制御する。換言すると、全燃焼対応期間ＣＰに基いて既燃ガス量が制御される。

全燃焼対応期間ＣＰは点火時期ＳＡから燃焼終了時期ＣＡｅまでの期間である。燃焼終了時期ＣＡｅは燃焼室内の混合ガスの燃焼が実質的に終了する時期である。燃焼終了時期ＣＡｅ及び全燃焼対応期間ＣＰは次のようにして求められる。

（１）図２に示したように、点火時期ＳＡのうち最も進角した時期よりも進角側の時期（例えば、ＢＴＤＣ ６０°）から燃焼が最も遅く終了する時期よりも遅角側の時期（例えば、ＡＴＤＣ ６０°）の期間において、所定のクランク角度幅Ｎ°（例えば、クランク角度幅１５°）における燃焼割合ＭＦＢの変化量（増加量）ΔＭＦＢを所定の微小クランク角度が経過する毎に求める。
（２）求められた変化量ΔＭＦＢのうちの最大値ΔＭＦＢmax（燃焼割合最大変化速度）を求める。

（３）最大値ΔＭＦＢmaxが求められたクランク角度ＣＡmaxにおける燃焼割合ＭＦＢ上の点（クランク角，ＭＦＢ）＝（ＣＡmax，ＭＦＢcamax）を通り、且つ、傾きが最大値ΔＭＦＢmaxである直線（外挿線）Ｌextを引く。
（４）直線Ｌextが燃焼割合１００％に到達した点Ｐｅに対応するクランク角度ＣＡｅを燃焼終了時期ＣＡｅとして求める。なお、燃焼割合１００％は、クランク角度θｓ（ＢＴＤＣ ６０°）からクランク角度θｅ（ＡＴＤＣ ６０°）までに燃焼室において燃焼した総ての燃料のうちピストンに対する仕事に寄与した燃料の総量に対応する。
（５）点火時期ＳＡから燃焼終了時期ＣＡｅまでの期間（クランク角度幅）を全燃焼対応期間ＣＰとして求める。

即ち、全燃焼対応期間ＣＰは、下記（２）式により求められる。全燃焼対応期間ＣＰはクランク角度の幅（クランク角度の大きさ、単位（°））によって表される。

図３は、ＶＶＴ進角量に対する、ＣＯ_２及びＨＣの排出量並びに全燃焼対応期間ＣＰの変化の様子を示している。この測定において、点火時期ＳＡは燃焼割合ＭＦＢ８が、２０、３０、４０及び５０％となるように変化させられた。

図３から理解されるように、点火時期ＳＡが変動しても、ＶＶＴ進角量と全燃焼対応期間ＣＰとは実質的に１：１の関係を維持する。換言すると、ＶＶＴ進角量（オーバーラップ期間、既燃ガス量）がある一定値であれば、点火時期ＳＡが変化しても、全燃焼対応期間ＣＰは殆ど変化しない。従って、領域Ａにより示したように、ＣＯ及びＨＣの排出量が増大しない範囲（ＣＯ_２の排出量が減少せず且つＨＣの排出量が増大しない範囲）においてＶＶＴ進角量が出来るだけ大きくなる（オーバーラップ期間が最長となって、既燃ガス量が最大となる）ようにＶＶＴ進角量を制御するには、全燃焼対応期間ＣＰが領域Ａにおける全燃焼対応期間ＣＰ（図３の例では７０°）と一致するようにＶＶＴ進角量を制御（フィードバック制御）すれば良い。

即ち、本装置は、全燃焼対応期間ＣＰが予め定められた目標全燃焼対応期間ＣＰｔｇｔと一致するようにＶＶＴ進角量を制御する。目標全燃焼対応期間ＣＰｔｇｔは、ＣＯ及びＨＣの排出量が増大しない範囲においてオーバーラップ期間ができるだけ長くなる期間に設定される。この結果、本装置は、ＨＣ及びＣＯの排出量の増大を招くことなくＮＯｘの排出量を低減し、且つ、ポンピングロスを低減することができる。その結果、排ガスの排出量が小さく、且つ、優れた燃費の内燃機関が提供される。

なお、図３は、ＶＶＴ進角量に対する、前述した実質燃焼期間ＣＰａ及び筒内圧に基いて推定される燃焼期間ＣＰｐのそれぞれとＣＯ_２及びＨＣの排出量の関係も示している。実質燃焼期間ＣＰａは、図１６に示したように、直線Ｌextにより求められる「燃焼割合が０から１００％」に到達するまでのクランク角度幅である。筒内圧に基いて推定された燃焼期間ＣＰｐは、図１６に示したように、クランク角度ＣＡｓから筒内圧が最大値となるクランク角度ＣＡｐまでの期間である。

実質燃焼期間ＣＰａ及び筒内圧に基いて推定された燃焼期間ＣＰｐの何れも、点火時期が変化すると、ＣＯ_２及びＨＣの排出量が増大を開始するＶＶＴ進角量に対応する値が変動している（領域Ａに対する領域Ｂ及び領域Ｃ内の各値を参照。）。従って、これらの値をＶＶＴ進角量のフィードバック制御に使用することは望ましくないことが理解される。

図４は、別の機関１０について、本装置の効果を確認するための実験の結果を示すグラフである。図４の（Ａ）は、実質燃焼期間ＣＰａに対するＨＣの排出量を点火時期ＳＡ別に測定した結果を示している。点火時期ＳＡは、８°燃焼割合ＭＦＢ８が、２０、３０、４０及び５０％となるように変化させられている。

図４の（Ａ）によれば、８°燃焼割合ＭＦＢ８が、２０、３０、４０及び５０％であるとき、ＨＣの排出量が増大しない範囲における実質燃焼期間ＣＰａの最適値は、直線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３及びＬ４により示したように、点火時期ＳＡに依存して変化し、ある幅Ｗを有するように存在している。換言すると、ある点火時期にて点火が行われている状態において実質燃焼期間ＣＰａを最適な目標燃焼期間に一致させるようにＶＶＴ進角量をフィードバック制御しても、点火時期が変化した場合にはＶＶＴ進角量が過大又は過小になってしまうので、ＨＣ及びＣＯの排出量の増大を招くか、又は、ＮＯｘの排出量の増大及びポンピングロスの低減幅が減少してしまう場合が生じる。

図４の（Ｂ）は、本装置が推定する全燃焼対応期間ＣＰに対するＨＣの排出量を点火時期ＳＡ別に測定した結果を示している。点火時期ＳＡは、図４（Ａ）に示した場合と同様に変化させられている。

図４の（Ｂ）によれば、８°燃焼割合ＭＦＢ８が、２０、３０、４０及び５０％に一致するように点火時期ＳＡが変更されても、ＨＣの排出量が増大し始める全燃焼対応期間ＣＰは直線Ｌoptにて示した一点のみとなる。従って、直線Ｌoptにより示される全燃焼対応期間ＣＰを目標全燃焼対応期間ＣＰｔｇｔに設定し、実際に推定される全燃焼対応期間ＣＰがこの目標全燃焼対応期間ＣＰｔｇｔと一致するようにＶＶＴ進角量を制御すれば、点火時期ＳＡに関わらずＨＣの排出量（従って、ＣＯの排出量）が増大しない範囲においてオーバーラップ期間をできるだけ長く（既燃ガス量をできるだけ多く）設定することができる。この結果、本装置は、ＨＣ及びＣＯの排出量の増大を招くことなく、ＮＯｘの排出量を低減し、且つ、ポンピングロスを低減することができる。

＜全燃焼対応期間ＣＰの修正（正規化）＞
ところで、燃焼速度は既燃ガス量に強く依存するものの、他にも燃焼速度に影響を与えるパラメータ（物理量）が存在する。燃焼速度に影響を与えるパラメータの代表例は、燃料噴射量ＴＡＵ、冷却水温ＴＨＷによって推定される（表される）シリンダ壁温及び混合気の空燃比等である。以下、これらのパラメータが全燃焼対応期間ＣＰに与える影響と、本装置による全燃焼対応期間ＣＰの修正（正規化）手法について順に説明を加える。

（燃料噴射量ＴＡＵによる修正）
図５は、燃料噴射量ＴＡＵが変化した場合における燃焼割合ＭＦＢの変化の様子を示したグラフである。この図に示したように、燃料噴射量ＴＡＵが大きくなるほど燃焼室内における混合気の濃度及び圧力等が増大するので燃焼速度が大きくなる。その結果、燃料噴射量ＴＡＵが大きくなるほど全燃焼対応期間ＣＰは短くなる。従って、全燃焼対応期間ＣＰ及び目標全燃焼対応期間ＣＰｔｇｔに基いて既燃ガス量を適量に制御するためには、燃料噴射量ＴＡＵが全燃焼対応期間ＣＰに及ぼす影響を排除してやる必要がある。

そこで、本装置は、燃料噴射量ＴＡＵがある一定の値（本例では、ＴＡＵ＝０）であるとの前提の下で設定されている目標全燃焼対応期間ＣＰｔｇｔをフィードバックの目標値としてそのまま使用できるように、下記（３）式に応じて全燃焼対応期間を修正する。ＣＰmfdは修正後の全燃焼対応期間である。

図６は、機関１０について、上記燃料噴射量ＴＡＵによる全燃焼対応期間ＣＰの修正の効果を確認するための実験の結果を示すグラフである。図６の（Ａ）は、修正前の全燃焼対応期間ＣＰに対するＨＣの排出量を燃料噴射量ＴＡＵ別に測定した結果を示している。この実験において、燃料噴射量（実際には、燃料噴射量ＴＡＵと略比例する燃料噴射時間）は、２７００、３９００及び５２００μｓに設定された。

図６の（Ａ）によれば、各燃料噴射量ＴＡＵに対してＨＣの排出量が増大し始める全燃焼対応期間ＣＰは、直線Ｌ１、Ｌ２及びＬ３に示したように一定しない。換言すると、最適な全燃焼対応期間ＣＰがある幅Ｗを有するように存在している。

図６の（Ｂ）は、上記燃料噴射量ＴＡＵによる修正後の全燃焼対応期間ＣＰmfdに対するＨＣの排出量を燃料噴射量ＴＡＵ別に測定した結果を示している。燃料噴射量ＴＡＵは、図６（Ａ）に示した場合と同様に変化させられている。

図６の（Ｂ）によれば、燃料噴射量ＴＡＵが変化しても、ＨＣの排出量が増大し始める修正後の全燃焼対応期間ＣＰmfdは直線Ｌoptにて示した一点のみとなることが理解される。従って、修正後の全燃焼対応期間ＣＰmfdが目標全燃焼対応期間ＣＰｔｇｔと一致するようにＶＶＴ進角量を制御すれば、燃料噴射量ＴＡＵに関わらずＨＣの排出量（従って、ＣＯの排出量）が増大しない範囲においてオーバーラップ期間をできるだけ長く設定することができる。

（シリンダ壁温（冷却水温ＴＨＷ）による修正）
シリンダ壁温は冷却水温ＴＨＷが低いほど低くなる。図７は、冷却水温ＴＨＷが変化した場合における燃焼割合ＭＦＢの変化の様子を示したグラフである。この図に示したように、冷却水温ＴＨＷが低くなるほど燃焼室内において発生した熱がシリンダ壁に奪われ（即ち、冷却損失が大きくなる）ので、燃焼速度は小さくなる。その結果、冷却水温ＴＨＷが低くなるほど全燃焼対応期間ＣＰは長くなる。従って、全燃焼対応期間ＣＰ及び目標全燃焼対応期間ＣＰｔｇｔに基いて既燃ガス量を適量に制御するためには、シリンダ壁温（冷却水温ＴＨＷ）が全燃焼対応期間ＣＰに及ぼす影響を排除してやる必要がある。

そこで、本装置は、冷却水温ＴＨＷがある一定の値（本例では、暖機完了後の８６℃）であるとの前提の下で設定されている目標全燃焼対応期間ＣＰｔｇｔをフィードバックの目標値としてそのまま使用できるように、下記（４）式に応じて全燃焼対応期間を修正する。

図８は、機関１０について、上記冷却水温ＴＨＷによる全燃焼対応期間ＣＰの修正の効果を確認するための実験の結果を示すグラフである。図８の（Ａ）は、修正前の全燃焼対応期間ＣＰに対するＨＣの排出量を冷却水温ＴＨＷ別に測定した結果を示している。この実験において、冷却水温ＴＨＷは、２０、５０及び８６℃に設定された。

図８の（Ａ）によれば、各冷却水温ＴＨＷに対してＨＣの排出量が増大し始める全燃焼対応期間ＣＰは、直線Ｌ１、Ｌ２及びＬ３に示したように一定しない。換言すると、最適な全燃焼対応期間ＣＰがある幅Ｗを有するように存在している。

図８の（Ｂ）は、上記冷却水温ＴＨＷによる修正後の全燃焼対応期間ＣＰmfdに対するＨＣの排出量を冷却水温ＴＨＷ別に測定した結果を示している。冷却水温ＴＨＷは、図８（Ａ）に示した場合と同様に変化させられている。

図８の（Ｂ）によれば、冷却水温ＴＨＷが変化しても、ＨＣの排出量が増大し始める修正後の全燃焼対応期間ＣＰmfdは直線Ｌoptにて示した一点のみとなることが理解される。従って、修正後の全燃焼対応期間ＣＰmfdが目標全燃焼対応期間ＣＰｔｇｔと一致するようにＶＶＴ進角量を制御すれば、冷却水温ＴＨＷに関わらずＨＣの排出量（従って、ＣＯの排出量）が増大しない範囲においてオーバーラップ期間をできるだけ長く設定することができる。

（空燃比Ａ／Ｆによる修正）
図９は、空燃比Ａ／Ｆが変化した場合における燃焼割合ＭＦＢの変化の様子を示したグラフである。この図に示したように、空燃比Ａ／Ｆが大きくなるほど（リーンな空燃比になるほど）燃焼が不安定となるので、全燃焼対応期間ＣＰは長くなる。従って、全燃焼対応期間ＣＰ及び目標全燃焼対応期間ＣＰｔｇｔに基いて既燃ガス量を適量に制御するためには、空燃比Ａ／Ｆが全燃焼対応期間ＣＰに及ぼす影響を排除してやる必要がある。

そこで、本装置は、空燃比Ａ／Ｆがある一定の値（本例では、理論空燃比）であるとの前提の下で設定されている目標全燃焼対応期間ＣＰｔｇｔをフィードバックの目標値としてそのまま使用できるように、下記（５）式に応じて全燃焼対応期間を修正する。

（５）式において、Ｑtotalは上記（１）の分母と同じ式により求められる量であり、燃焼室において燃焼した総ての燃料によって発生した熱のうちピストンに対する仕事に変換された熱の総量Ｑtotalである。Ｑstoichは、空燃比が理論空燃比である場合の熱の総量Ｑtotalであって、推定（近似）式（Ｑstoich＝0.19・ＴＡＵ）によって求められる。

図１０は、機関１０について、上記空燃比Ａ／Ｆによる全燃焼対応期間ＣＰの修正の効果を確認するための実験の結果を示すグラフである。図１０の（Ａ）は、修正前の全燃焼対応期間ＣＰに対するＨＣの排出量を空燃比Ａ／Ｆ別に測定した結果を示している。この実験において、空燃比Ａ／Ｆは、１４．５（理論空燃比）、１７及び１９に設定された。

図１０の（Ａ）によれば、各空燃比Ａ／Ｆに対してＨＣの排出量が増大し始める全燃焼対応期間ＣＰは、直線Ｌ１、Ｌ２及びＬ３に示したように一定しない。換言すると、最適な全燃焼対応期間ＣＰがある幅Ｗを有するように存在している。

図１０の（Ｂ）は、上記空燃比Ａ／Ｆによる修正後の全燃焼対応期間ＣＰmfdに対するＨＣの排出量を空燃比Ａ／Ｆ別に測定した結果を示している。空燃比Ａ／Ｆは、図１０（Ａ）に示した場合と同様に変化させられている。

図１０の（Ｂ）によれば、空燃比Ａ／Ｆが変化しても、ＨＣの排出量が増大し始める修正後の全燃焼対応期間ＣＰmfdは直線Ｌoptにて示した一点のみとなることが理解される。従って、修正後の全燃焼対応期間ＣＰmfdが目標全燃焼対応期間ＣＰｔｇｔと一致するようにＶＶＴ進角量を制御すれば、空燃比Ａ／Ｆに関わらずＨＣの排出量（従って、ＣＯの排出量）が増大しない範囲においてオーバーラップ期間をできるだけ長く設定することができる。

本装置は、以上の燃料噴射量ＴＡＵ、冷却水温ＴＨＷ及び空燃比Ａ／Ｆの修正を下記（６）式によって行う。

図１１は、負荷（実際には空気充填率ＫＬ：１気筒当たりの吸入空気量に比例した値）を変化させた場合における、修正（正規化）された全燃焼対応期間ＣＰmfd、ポンピングロス及び排ガス（ＨＣ，ＣＯ_２及びＮＯｘ）の排出量の関係を示している。この図１１から、排ガスの排出量が増大を開始する全燃焼対応期間ＣＰmfdが略一点に集中していることが理解される（図１１の破線帯部により示した領域を参照。）。即ち、修正された全燃焼対応期間ＣＰmfdをある目標全燃焼対応期間ＣＰtgt（図１１に示した例においては、約８５°）に一致させるようにＶＶＴ進角量を制御すれば、排ガスの排出量の増大を招くことなくポンピングロスを低減することができる。

（実際の作動）
次に、本装置の実際の作動について説明する。なお、以下に説明するルーチンは電気制御装置７０のＣＰＵ７１が特定気筒に対して実行するルーチンである。ＣＰＵ７１は他の気筒に対しても同様なルーチンを実行するようになっている。

ＣＰＵ７１は、図示しない筒内圧取得ルーチンを微小クランク角度が経過する毎に実行し、そのルーチンが実行された時点のクランク角度θと筒内圧Ｐｃ（θ）とをＲＡＭ７３に格納している。

更に、ＣＰＵ７１は図１２に示したルーチンを、クランク角度が「燃焼行程が実質的に終了した後の所定クランク角度（例えば、ＡＴＤＣ１６０度）」に一致する毎に繰り返し実行している。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ７１は図１２のルーチンの処理をステップ１２００から開始し、ステップ１２１０〜ステップ１２６０にて以下の処理を行い、ステップ１２９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。

ステップ１２１０：各クランク角度θ（前記微小クランク角度が経過する毎のクランク角度）に対して上記（１）式を用いて燃焼割合ＭＦＢθを算出する。算出される燃焼割合ＭＦＢθには、８°燃焼割合ＭＦＢ８が含まれている。
ステップ１２２０：ステップ１２１０にて算出された燃焼割合ＭＦＢθを用いてＮ°（ここではクランク角度１５°）幅における燃焼割合ＭＦＢの変化量ΔＭＦＢを各クランク角度θに対して算出する。即ち、ΔＭＦＢ＝ΔＭＦＢ（θ）＝ＭＦＢθ−ＭＦＢθｂ（但し、θｂ＝θ−Ｎ）によって変化量ΔＭＦＢが計算される。

ステップ１２３０：ステップ１２２０にて算出された燃焼割合変化量ΔＭＦＢの中から最大値（燃焼割合最大変化速度）ΔＭＦＢmaxを取得する。更に、その燃焼割合最大変化速度ΔＭＦＢmaxに対するクランク角度θをクランク角度ＣＡmaxとして取得するとともに、クランク角度ＣＡmaxにおける燃焼割合ＭＦＢ（＝ＭＦＢ（ＣＡmax））をＭＦＢcamaxとして取得する（図２を参照。）。

ステップ１２４０：ステップ１２３０にて求めた各値と直前の燃焼に対する点火時期ＳＡを上記（２）式に適用することにより、全燃焼対応期間ＣＰを推定（算出）する。
ステップ１２５０：ステップ１２４０にて推定された全燃焼対応期間ＣＰを上記（６）式を用いて修正する。なお、Ｑtotal及びＱstoichは（５）式により算出される。冷却水温ＴＨＷは冷却水温センサ６６から取得される。燃料噴射量ＴＡＵは前回の燃焼行程に提供された混合気を形成した燃料噴射量であり、ＲＡＭ７３内に格納されている。
ステップ１２６０：ステップ１２５０にて求められた修正後の全燃焼対応期間ＣＰmfdをフィードバック制御用の全燃焼対応期間ＣＰとして格納する。

一方、ＣＰＵ７１は図１３に示したルーチンを、クランク角度が所定のクランク角度（例えば、ＢＴＤＣ９０°）に一致する毎に繰り返し実行している。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ７１は図１３のルーチンの処理をステップ１３００から開始してステップ１３１０に進み、運転状態（機関１０の運転状態を表すパラメータ）に基づいて８°目標燃焼割合ＭＦＢ８ｔｇｔを決定する。運転状態を表すパラメータは、吸入空気量Ga（又は、アクセルペダル操作量Accp、即ち、エンジン負荷）及びエンジン回転速度NEである。運転状態を表すパラメータとして、冷却水温ＴＨＷ等の他のパラメータを加えてもよい。

次に、ＣＰＵ７１はステップ１３２０に進み、先に説明した図１２のステップ１２１０にて算出された８°燃焼割合ＭＦＢ８が８°目標燃焼割合ＭＦＢ８ｔｇｔよりも進角側であるか否かを判定する。このとき、８°燃焼割合ＭＦＢ８が８°目標燃焼割合ＭＦＢ８ｔｇｔよりも進角側にあれば、ＣＰＵ７１はステップ１３２０からステップ１３３０に進み、点火時期ＳＡを微小角度ΔＳＡだけ遅角する。一方、８°燃焼割合ＭＦＢ８が８°目標燃焼割合ＭＦＢ８ｔｇｔよりも遅角側にあると、ＣＰＵ７１はステップ１３２０からステップ１３４０に進み、点火時期ＳＡを微小角度ΔＳＡだけ進角する。

その後、ＣＰＵ７１はステップ１３５０に進み、上記ステップ１３３０又はステップ１３４０にて決定された点火時期ＳＡにて点火が実行されるように設定を行う。次いで、ＣＰＵ７１はステップ１３９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。以上により、点火時期ＳＡは、８°燃焼割合ＭＦＢ８が８°目標燃焼割合ＭＦＢ８ｔｇｔと一致するようにフィードバック制御される。

加えて、ＣＰＵ７１は図１４に示したルーチンを、クランク角度が所定のクランク角度（例えば、燃焼行程が実質的に終了した後の所定クランク角度（例えば、ＢＴＤＣ９０°）に一致する毎に繰り返し実行している。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ７１は図１４のルーチンの処理をステップ１４００から開始してステップ１４１０に進み、先に説明したステップ１２６０にて求めた全燃焼対応期間ＣＰ（フィードバック制御用全燃焼対応期間ＣＰ＝修正後の全燃焼対応期間ＣＰmfd）が目標全燃焼対応期間ＣＰｔｇｔより大きいか否かを判定する。

目標全燃焼対応期間ＣＰｔｇｔは、燃料噴射量ＴＡＵが標準燃料噴射量ＴＡＵ０（例えば、０μｓ）であり、冷却水温ＴＨＷが標準水温ＴＨＷ０（例えば、８６℃）であり、空燃比Ａ／Ｆが標準空燃比ＡＦ０（例えば、理論空燃比）である場合において、ＨＣ及びＣＯの排出量が増加しない範囲内であって最も長いオーバーラップ期間（最も進角側のＶＶＴ進角量）に対応する全燃焼対応期間ＣＰとなるように予め定められている。

このとき、全燃焼対応期間ＣＰが目標全燃焼対応期間ＣＰｔｇｔより大きければ、燃焼速度が小さすぎる（既燃ガス量が過大である）ことを意味する。従って、ＣＰＵ７１はステップ１４２０に進んでオーバーラップ期間を短くして燃焼速度が増大するように吸気弁開弁時期ＩＯを所定角度ΔＩＯだけ遅角する。即ち、ＶＶＴ進角量を減少する。一方、全燃焼対応期間ＣＰが目標全燃焼対応期間ＣＰｔｇｔより小さければ、燃焼速度が大きすぎる（既燃ガス量が過小である）ことを意味する。従って、ＣＰＵ７１はステップ１４３０に進んでオーバーラップ期間を長くして燃焼速度が減少するように吸気弁開弁時期ＩＯを所定角度ΔＩＯだけ進角する。即ち、ＶＶＴ進角量を増大する。

その後、ＣＰＵ７１はステップ１４４０に進み、上記ステップ１４２０又はステップ１４３０にて決定された吸気弁開弁時期ＩＯにて吸気弁３２が開弁するように、吸気弁開弁時期ＩＯを設定する。この結果、吸気弁制御装置３３が吸気弁３２を設定された吸気弁開弁時期ＩＯにて開弁させる。なお、吸気弁制御装置３３は、吸気弁開示弁時期ＩＯに一定の吸気弁開弁角度ＩＯθを加えた時期が吸気弁閉弁時期ＩＣとなるように、吸気弁３２を閉弁させる。

以上の処理の結果、オーバーラップ量が適切となり、既燃ガス量が適量となる。従って、ＨＣ及びＣＯの排出量の増大を招くことなくＮＯｘの排出量を低減し、且つ、ポンピングロスを低減することができる。従って、機関１０の燃費が改善される。また、８°燃焼割合ＭＦＢ８が８°目標燃焼割合ＭＦＢ８ｔｇｔと一致するように点火時期ＳＡが変更されるので、燃焼効率が増大し、機関１０のトルクを上昇させ且つ燃費を改善することができる。

本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記実施形態においては、吸気弁制御装置３３は吸気弁３２の開弁時期及び閉弁時期のみを調整するように構成されているが、更に吸気弁３２の開弁期間における最大リフト量を調整できるように構成されていてもよい。また、吸気弁制御装置３３は、吸気弁３２の開弁時期及び閉弁時期を互いに独立して調整することができるように構成されていてもよい。更に、上記実施形態において、吸気弁制御装置３３に加え、排気弁３５の閉弁時期、開弁時期、開弁期間中のリフト量等を独立して調整する排気弁制御装置が備えられてもよい。

また、上記実施形態においては、燃焼速度に影響を与えるパラメータとして、燃料噴射量ＴＡＵ、冷却水温ＴＨＷ及び空燃比Ａ／Ｆを採用し、これら総てを用いて全燃焼対応期間ＣＰを修正していたが（（６）式を参照。）、これらの何れか一つ、又は、これらのうちの任意の二つの組み合わせによって全燃焼対応期間ＣＰを修正してもよい。更に、燃焼速度に影響を与えるパラメータとして、燃料性状、燃料液滴の大きさ及び燃料中のアルコール量等の何れか一つ又は任意の組み合わせに基いて全燃焼対応期間ＣＰを修正してもよい。

更に、上記実施形態においては、上記（６）式に基いて推定された全燃焼対応期間ＣＰを燃焼速度に影響を与えるパラメータによって修正していたが、これに代え、目標全燃焼対応期間ＣＰｔｇｔを燃焼速度に影響を与えるパラメータによって修正してもよい。また、全燃焼対応期間ＣＰを時間を単位として求め、その時点のエンジン回転速度NEによってクランク角度を単位とする値に変換してから制御に使用することもできる。また、燃焼割合ＭＦＢ（従って、図示熱量の割合Ｑsum／Ｑtotal）は、Wiebe関数と呼ばれる燃焼モデル（例えば、特開２００６−９７２０号公報を参照。）により求めるように構成することもできる。加えて、上記実施形態において、既燃ガス量はＶＶＴ進角量（オーバーラップ期間）を変更することにより制御されていたが、これに代え、又は、これに加え、外部ＥＧＲ装置によって既燃ガス量を調整することもできる。

本発明の実施形態に係る制御装置を適用した内燃機関の概略図である。 膨張行程（燃焼行程）における燃焼割合のクランク角度に対する変化の様子を示したグラフである。 点火時期を変化させた場合における、ＣＯ_２排出量、ＨＣ排出量、実質燃焼期間、全燃焼対応期間及び筒内圧により求められる燃焼期間のＶＶＴ進角量に対する変化の様子を示したグラフである。 図４の（Ａ）は実質燃焼期間に対するＨＣの排出量を点火時期ＳＡ別に示したグラフであり、図４の（Ｂ）は本装置が推定する全燃焼対応期間に対するＨＣの排出量を点火時期ＳＡ別に示したグラフである。 燃料噴射量が変化した場合における燃焼割合の変化の様子を示したグラフである。 図６の（Ａ）は燃料噴射量による修正前の全燃焼対応期間に対するＨＣの排出量を示したグラフであり、図６の（Ｂ）は燃料噴射量による修正後の全燃焼対応期間に対するＨＣの排出量を示したグラフである。 冷却水温が変化した場合における燃焼割合の変化の様子を示したグラフである。 図８の（Ａ）は冷却水温による修正前の全燃焼対応期間に対するＨＣの排出量を冷却水温別に示したグラフであり、図８の（Ｂ）は冷却水温による修正後の全燃焼対応期間に対するＨＣの排出量を冷却水温別に示したグラフである。 空燃比が変化した場合における燃焼割合の変化の様子を示したグラフである。 図１０の（Ａ）は空燃比による修正前の全燃焼対応期間に対するＨＣの排出量を空燃比別に示したグラフであり、図１０の（Ｂ）は空燃比による修正後の全燃焼対応期間に対するＨＣの排出量を空燃比別に示したグラフである。 負荷（空気充填率ＫＬ）を変化させた場合における、修正後の全燃焼対応期間、ポンピングロス及び排ガス（ＨＣ，ＣＯ_２及びＮＯｘ）の排出量の関係を示したグラフである。 図１に示したＣＰＵが実行する燃焼割合及び全燃焼対応期間等を取得するためのルーチンを示したフローチャートである。 図１に示したＣＰＵが実行する点火時期の制御（ＭＢＴ制御）を行うためのルーチンを示したフローチャートである。 図１に示したＣＰＵが実行するＶＶＴ進角量（吸気弁開弁時期、オーバーラップ期間、既燃ガス量）の制御を行うためのルーチンを示したフローチャートである。 燃焼行程における燃焼割合のクランク角度に対する変化の様子を示したグラフである。 燃焼行程における燃焼割合及び筒内圧のクランク角度に対する変化の様子を示したグラフである。

符号の説明

１０…内燃機関、２５…燃焼室、３２…吸気弁、３３…吸気弁制御装置、３５…排気弁、３７…点火プラグ、３９…インジェクタ、６３…カムポジションセンサ、６５…筒内圧センサ、７０…電気制御装置、７１…ＣＰＵ。

Claims (10)

1. 内燃機関の燃焼室内の圧力である筒内圧を検出する筒内圧検出手段と、
   前記検出された筒内圧に基いて、前記燃焼室において燃焼した総ての燃料のうちピストンに対する仕事に寄与した燃料の総量に対する、所定のタイミングまでに同燃焼室において燃焼した燃料のうちピストンに対する仕事に寄与した燃料の積算量の割合である燃焼割合を取得する手段と、
   前記取得された燃焼割合が所定の目標燃焼割合に一致するように前記機関の点火時期を制御するとともに同制御された点火時期にて同機関の燃焼室内の混合ガスを点火する点火手段と、
   前記点火時期から前記燃焼室内の混合ガスの燃焼が終了する燃焼終了時期までの期間である全燃焼対応期間を前記点火時期と前記取得された燃焼割合とに基いて推定する全燃焼対応期間推定手段と、
   前記推定された全燃焼対応期間が目標全燃焼対応期間と一致するように前記混合ガスに含まれる既燃ガスの量を制御する既燃ガス量制御手段と、
   を備えた内燃機関の制御装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記既燃ガス量制御手段は、
   吸気弁及び排気弁が共に開弁しているオーバーラップ期間を変更するように構成された内燃機関の制御装置。
3. 請求項２に記載の内燃機関の制御装置であって、
   前記既燃ガス量制御手段は、
   少なくとも前記機関の吸気弁の開弁タイミングを変更することにより前記オーバーラップ期間を変更するように構成された内燃機関の制御装置。
4. 請求項１乃至請求項３の何れか一つに記載の内燃機関の制御装置であって、
   前記全燃焼対応期間推定手段は、
   前記燃料の燃焼速度に影響を与えるパラメータを取得する手段と、
   前記取得されたパラメータに基いて前記全燃焼対応期間を修正する全燃焼対応期間修正手段と、
   を備える内燃機関の制御装置。
5. 請求項１乃至請求項３の何れか一つに記載の内燃機関の制御装置であって、
   前記既燃ガス量制御手段は、
   前記燃料の燃焼速度に影響を与えるパラメータを取得する手段と、
   前記取得されたパラメータに基いて前記目標全燃焼対応期間を修正する目標修正手段と、
   を備える内燃機関の制御装置。
6. 内燃機関の運転状態に応じた点火時期にて同機関の燃焼室内の混合ガスを点火する点火手段と、
   前記点火時期から前記燃焼室内の混合ガスの燃焼が終了する燃焼終了時期までの期間である全燃焼対応期間を推定する全燃焼対応期間推定手段と、
   前記推定された全燃焼対応期間が目標全燃焼対応期間と一致するように前記混合ガスに含まれる既燃ガスの量を制御する既燃ガス量制御手段と、
   を備えた内燃機関の制御装置であって、
   前記燃焼室内の圧力である筒内圧を検出する筒内圧検出手段を備え、
   前記全燃焼対応期間推定手段は、
   前記燃焼室において燃焼した総ての燃料によって発生した熱のうちピストンに対する仕事に変換された熱の総量Ｑtotalに対する、所定のタイミングまでに同燃焼室において燃焼した燃料によって発生した熱のうちピストンに対する仕事に変換された熱の積算量Ｑsumの割合Ｑsum／Ｑtotalに相当する図示熱量の割合を、前記検出された筒内圧に基づいて推定するとともに、同図示熱量の割合Ｑsum／Ｑtotalの所定クランク角度幅における変化量の最大値を求め、同最大値に基いて前記燃焼終了時期を推定するように構成された内燃機関の制御装置。
7. 請求項６に記載の内燃機関の制御装置であって、
   前記全燃焼対応期間推定手段は、
   前記図示熱量の割合Ｑsum／Ｑtotalとして、前記燃焼室において燃焼した総ての燃料のうちピストンに対する仕事に寄与した燃料の総量に対する、所定のタイミングまでに同燃焼室において燃焼した燃料のうちピストンに対する仕事に寄与した燃料の積算量の割合である燃焼割合をクランク角度に対応させて取得するように構成された内燃機関の制御装置。
8. 請求項６又は請求項７に記載の内燃機関の制御装置であって、
   前記全燃焼対応期間推定手段は、
   前記燃料の燃焼速度に影響を与えるパラメータを取得する手段と、
   前記取得されたパラメータに基いて前記全燃焼対応期間を修正する全燃焼対応期間修正手段と、
   を備える内燃機関の制御装置。
9. 請求項６又は請求項７に記載の内燃機関の制御装置であって、
   前記既燃ガス量制御手段は、
   前記燃料の燃焼速度に影響を与えるパラメータを取得する手段と、
   前記取得されたパラメータに基いて前記目標全燃焼対応期間を修正する目標修正手段と、
   を備える内燃機関の制御装置。
10. 請求項７に記載の内燃機関の制御装置であって、
    前記点火手段は、
    予め定められたクランク角度における前記燃焼割合が前記機関の運転状態に応じて定まる目標燃焼割合と一致するように前記点火時期を制御する点火時期制御手段を含む内燃機関の制御装置。

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